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基于DCS系统的数据压缩与数据解压缩的算法设计与应用

作　者: 杨波
导　师: 李征
学　校: 东华大学
专　业: 控制工程与控制理论
关键词: 数据压缩数据解压缩细节分量树集散控制系统水泥生产
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 154次
引　用: 1次
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内容摘要

计算机技术的发展及工业控制体系的日趋复杂,导致了生产过程测量数据的爆炸。过程数据中丰富的信息资源,可应用于各种控制任务,因此大量的过程数据需要存储。同时,由于测量误差、计算误差甚至人为因素,过程数据就不可避免的含有大量冗余和不相关信息。此外随着网络技术的发展,网络控制、远程监控已经逐步应用到工业生产过程中,大量过程数据需要通过网络实时地传输到异地以实现资源共享。因此发展过程数据实时压缩技术显得非常必要。数据压缩一方面可以剔除采样的冗余和不相关信息,保留过程主要特征信息,节约数据存储空间,另一方面可以减少数据流量,提高数据传输的速度及效率,为企业综合自动化系统服务,提高自动化技术的精确性、实时性。目前,过程数据压缩的主要方法可分为三类,即分段线性方法、矢量量化方法和信号变换方法。其中小波变换法,由于小波理论具有许多优良性质,特别在数据处理中具有许多传统方法无法比拟的优点,逐步被认为是最有前途的过程数据压缩方法。本文的主要研究工作如下:(1)分析工程数据的特点以及细节分量树数据压缩算法的特点,设计细节分量树数据压缩算法的数据保存结构。(2)分析细节分量树数据压缩算法在实际应用中的缺陷,提出了细节分量树数据压缩算法的压缩周期的选择方法,并且解决了系统在数据采集时无法避免的数据缺失所造成的影响。(3)经过电厂实时数据的实验,分析了压缩比、压缩因子、压缩增益,并于winrar的压缩效果进行比较,从而证明了细节分量树数据压缩算法的改进是有效的。(4)针对HARR小波的特点设计了基于细节分量树数据压缩算法的解压缩算法,经过电厂实时数据的实验,分析了数据保真度的指标,从而证明了细节分量树数据解压缩算法的改进是有效的。(5)分析水泥生产的工艺特点,完成水泥生产DCS系统的硬件配置、功能组态、画面设计。(6)利用水泥生产DCS系统产生的实时数据,针对不同特征的数据(变化幅度械氖荨⒈浠却笏俣嚷氖荨⒈浠却笏俣瓤斓氖?进行压缩效果和解压缩效果的分析,从而证明了细节分量树压缩算法是成功的。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-12
第一章绪论  12-25
  1.1 集散控制系统数据压缩方法研究的意义  12-15
    1.1.1 集散控制系统的历史发展与趋势  12-13
    1.1.2 集散控制系统中数据压缩研究的必要性及意义  13-15
      1.1.2.1 集散控制系统中数据的特点  13-14
      1.1.2.2 集散控制系统中数据压缩算法研究的必要性及意义  14-15
        1.1.2.2.1 历史数据的刷新或者清零  14-15
        1.1.2.2.2 过程数据的压缩  15
  1.2 集散控制系统中的数据压缩的国内外研究及应用现状  15-24
    1.2.1 集散控制系统中数据压缩的技术特点和现状  15-17
    1.2.2 集散控制系统中数据压缩的主要方法  17-22
      1.2.2.1 分段线性方法  17-21
        1.2.2.1.1 矩形波串算法  17-18
        1.2.2.1.2 后向倾斜法  18-19
        1.2.2.1.3 旋转门算法  19-20
        1.2.2.1.4 分段线性在线趋势化算法  20-21
      1.2.2.2 矢量量化方法  21-22
      1.2.2.3 信号变换方法  22
    1.2.3 压缩性能的分析指标  22-24
  1.3 本课题研究的主要内容和章节安排  24-25
第二章细节分量树数据压缩算法的设计与改进  25-52
  2.1 引言  25
  2.2 小波分析理论基础  25-32
    2.2.1 小波分析概述  25-26
    2.2.2 小波分析的主要内容  26-29
    2.2.3 一维小波分析  29-31
      2.2.3.1 一维连续小波  29-31
        2.2.3.1.1 基本小波  29-30
        2.2.3.1.2 连续小波变换  30-31
      2.2.3.2 一维离散小波  31
    2.2.4 小波函数  31-32
  2.3 细节分量树数据压缩算法分析  32-41
    2.3.1 Harr小波  32-33
    2.3.2 细节分量树数据压缩算法的原理  33-41
  2.4 细节分量树法的数据保存结构的设计  41-43
  2.5 细节分量树数据压缩算法的优缺点  43-45
    2.5.1 细节分量树数据压缩算法的优点  43
    2.5.2 细节分量树数据压缩算法的问题  43-45
      2.5.2.1 压缩周期的选择  44
      2.5.2.2 缺失数据  44-45
  2.6 细节分量树数据压缩算法的改进  45-48
    2.6.1 压缩周期的选择  45-47
    2.6.2 缺失数据的解决方法  47-48
  2.7 细节分量树压缩算法在电厂实时数据中的压缩实验结果  48-50
    2.7.1 实验数据曲线  48
    2.7.2 压缩性能  48-50
  2.8 本章小结  50-52
第三章基于细节分量树压缩算法的解压缩算法的设计  52-65
  3.1 引言  52-53
  3.2 基于细节分量树算法的数据解压缩方法的设计原理  53-58
  3.3 细节分量树数据解压缩算法的优缺点  58-59
    3.3.1 细节分量树数据解压缩算法的优点  58-59
    3.3.2 细节分量树数据解压缩算法的缺点  59
  3.4 细节分量树数据解压缩算法的改进方法  59-61
  3.5 细节分量树数据解压缩算法在电厂实时数据的解压缩实验结果  61-64
    3.5.1 解压缩的性能指标  61-63
    3.5.2 解压缩性能  63-64
  3.6 本章小结  64-65
第四章水泥生产DCS系统的硬软件设计及组态和界面设计  65-83
  4.1 引言  65
  4.2 水泥生产控制系统  65-67
    4.2.1 水泥生产系统简介  65-66
    4.2.2 立窑控制的工艺分析  66-67
  4.3 水泥生产集散控制系统需求分析  67-70
    4.3.1 集散控制系统的选型要求  68-69
    4.3.2 系统选型  69-70
  4.4 集散控制系统硬件设计  70-72
    4.4.1 硬件模型结构  70
    4.4.2 I/O卡件  70-71
    4.4.3 I/O总线  71
    4.4.4 PCU控制器  71
    4.4.5 实时网  71-72
    4.4.6 信息控制网  72
    4.4.7 HMI站点  72
  4.5 集散控制系统软件设计  72-73
    4.5.1 可行性分析  72-73
    4.5.2 模块结构图的建立  73
  4.6 功能组态  73-79
    4.6.1 石灰石输送控制系统  74-77
    4.6.2 窑系统控制程序  77-79
  4.7 界面制作  79-82
  4.8 本章小结  82-83
第五章水泥生产DCS系统的压缩性能分析  83-89
  5.1 引言  83
  5.2 水泥生产过程中变化平缓的数据压缩与解压缩性能  83-85
    5.2.1 数据曲线  83-84
    5.2.2 数据压缩与解压缩性能分析  84-85
  5.3 水泥生产过程中变化幅度大的数据压缩与解压缩性能  85-86
    5.3.1 数据曲线  85
    5.3.2 数据压缩与解压缩性能分析  85-86
  5.4 水泥生产过程中变化幅度大速度快的数据压缩与解压缩性能  86-88
    5.4.1 数据曲线  86-87
    5.4.2 数据压缩与解压缩性能分析  87-88
  5.5 本章小结  88-89
第六章总结和展望  89-91
  6.1 总结  89
  6.2 展望  89-91
参考文献  91-96
攻读硕士期间发表的论文  96-97
致谢  97

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